第一单元 化学反应中的热效应ppt课件配套教案内容

第一单元

化学反应中的热效应

第1课时

化学反应的焓变

[目标要求]

1.了解反应热的概念，知道化学反应、热效应与反应的焓变之间的关系。

2.知道反应热与化学键的关系。

3.知道反应热与反应物、生成物总能量的关系。

焓变

反应热

在化学反应过程中，不仅有物质的变化，同时还伴有能量变化。

1．焓和焓变

－焓是与物质内能有关的物理量。单位：kJ•mol1，符号：H。

－焓变是在恒压条件下，反应的热效应。单位：kJ•mol1，符号：ΔH。

2．化学反应中能量变化的原因

化学反应的本质是反应物分子中旧化学键断裂和生成物生成时新化学键形成的过程。

任何化学反应都有反应热，这是由于在化学反应过程中，当反应物分子间的化学键断裂时，需要克服原子间的相互作用，这需要吸收能量；当原子重新结合成生成物分子，即新化学键形成时，又要释放能量。

ΔH＝反应物分子的总键能－生成物分子的总键能。

3．放热反应与吸热反应

当反应完成时，生成物释放的总能量与反应物吸收的总能量的相对大小，决定化学反应是吸热反应还是放热反应。

(1)当ΔH为“－”或ΔH<0时，为放热反应，反应体系能量降低。

(2)当ΔH为“＋”或ΔH>0时，为吸热反应，反应体系能量升高。

4．反应热思维模型

(1)放热反应和吸热反应

放热反应

吸热反应

(2)反应热的本质

(以H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) －ΔH＝－186 kJ•mol1为例)

知识点一

反应热

1．下列说法不正确的是(

) A．需要加热才能发生的反应不一定是吸热反应

B．放热反应在常温下一定很容易发生

C．反应是放热还是吸热必须看反应物和生成物所具有的总能量的相对大小

D．吸热反应在一定条件下也能发生

答案

B 解析

化学反应的能量变化主要表现为放热或吸热。反应是放热还是吸热主要取决于反应物和生成物所具有的总能量的相对大小。放热反应和吸热反应在一定的条件下都能发生。反应开始时需加热的反应可能是吸热反应，也可能是放热反应。吸热反应开始加热，反应后需不断加热才能使反应继续进行下去；放热反应开始加热，反应后会放出一定的热量，如果此热量足够大，可使反应维持下去，则反应过程不需要再加热，如煤的燃烧，一旦加热使煤燃烧起来后就可继续燃烧下去，不需外界再加热。

2．已知在相同状况下，要使同一化学键断裂需要吸收的能量等于形成该化学键放出的能量。下列说法正确的是(

) A．电解熔融的Al2O3可以制得金属铝和氧气，该反应是一个放出能量的反应

B．水分解产生氢气和氧气时放出能量

C．相同状况下，反应2SO2＋O2===2SO3是一个放热反应，则反应2SO3===2SO2＋O2是一个吸热反应

D．氯化氢分解成氢气和氯气时放出能量

答案

C 解析

由题意可以推测，如果一个反应过程放出能量，那么使该反应向反方向进行则需要吸收能量，所以C正确；另外氢气和氧气反应、氢气和氯气反应、铝和氧气反应都是放出能量的反应，与它们相反的反应：水、氯化氢和Al2O3的分解都应该是吸收能量的反应，故A、B、D错误。

知识点二

反应热与化学键键能的关系

3．通常人们把拆开1 mol某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。现给出化学键的键能(见下表)：

化学键

H—H

Cl—Cl

Cl—H 键能/(kJ•mol－1)

436

243

431 请计算H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)的反应热(

) －－A．＋862 kJ•mol1 B．＋679 kJ•mol1

－－C．－183 kJ•mol1 D．＋183 kJ•mol1

答案

C －－解析

拆开1 mol H2和1 mol Cl2中的化学键所吸收的能量是436 kJ•mol1＋243 kJ•mol1＝－－－679 kJ•mol1；形成2 mol HCl所放出的能量是431 kJ•mol1×2＝862 kJ•mol1，所以该反应－－－的反应热是679 kJ•mol1－862 kJ•mol1＝－183 kJ•mol1。

－4．已知H—H键键能(断裂时吸收或生成时释放的能量)为436 kJ•mol1，H—N键键能为391 －－1kJ•mol1，根据热化学方程式：N2(g)＋3H23(g)

ΔH＝－92.4 kJ•mol。则N≡N键的键能是(

) －－A．431 kJ•mol1 B．946 kJ•mol1

－－C．649 kJ•mol1

D．896 kJ•mol1

答案

B 解析

本题主要考查利用化学键键能计算化学反应的能量变化，ΔH＝－(生成物键能总和－

反应物键能总和)＝－[6×EN—H－(3×EH—H＋EN≡N)]，得EN≡N＝6×EN—H－3×EH—H－－－－＋ΔH＝6×391 kJ•mol1－3×436 kJ•mol1－92.4 kJ•mol1≈946 kJ•mol1。故正确答案为B。

5.白磷的化学式为P4，分子的空间构型是正四面体(如图)。白磷在空气中燃烧生成十氧化四磷(P4O10)，在十氧化四磷分子里只存在P—O和P=O两种共价键。 －已知几种共价键的键能：P—O 360 kJ•mol1；

－－P=O 585 kJ•mol1；P—P 198 kJ•mol1；

－O=O 498 kJ•mol1。

请问：在P4(s)＋5O2(g)===P4O10(s)中，ΔH＝______________。

－答案

－2 982 kJ•mol1

点燃解析

由P4的分子结构和P4＋5O2P4O10的物质变化，在P4O10分子中只存在P—O和P=O两种共价键，P4O10中P显＋5价、O显－2价等事实可知，在P4分子结构的基础上，每2个P原子之间插入1个O原子形成2个P—O键，每个P原子再结合1个O原子形成P=O键，就构成了P4O10的分子结构。这样，在1个P4O10分子中共有12个P—O键、4个P=O键。

－－ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和＝6×198 kJ•mol1＋5×498 kJ•mol1－(12×360 －－－kJ•mol1＋4×585 kJ•mol1)＝－2 982 kJ•mol1。

知识点三

反应热与反应物、生成物总能量的关系

6．已知25 ℃、101 kPa下，石墨、金刚石燃烧的热化学方程式分别为：

－C(石墨)＋O2(g)===CO2(g)

ΔH＝－393.5 kJ•mol1①

－C(金刚石)＋O2(g)===CO2(g)

ΔH＝－395.4 kJ•mol1②

据此判断，下列说法正确的是(

) A．由石墨制备金刚石是吸热反应；石墨的能量比金刚石的低

B．由石墨制备金刚石是吸热反应；石墨的能量比金刚石的高

C．由石墨制备金刚石是放热反应；石墨的能量比金刚石的低

D．由石墨制备金刚石是放热反应；石墨的能量比金刚石的高

答案

A 解析

有两种方法判断：方法一：反应中放出的热量＝反应物的总能量－生成物的总能量；－方法二：由①－②得C(石墨)===C(金刚石)

ΔH＝1.9 kJ•mol1，该反应为吸热反应，石墨的能量比金刚石的能量低，石墨更稳定。故正确答案为A。

练基础落实

1．下列反应既属于氧化还原反应，又属于吸热反应的是(

) A．铝片和稀盐酸的反应

B．Ba(OH)2•8H2O与NH4Cl的反应

C．灼热的碳与二氧化碳的反应

D．甲烷在氧气中的燃烧

答案

C 解析

注意知识的积累，记住常见的吸热反应。B、C属于吸热反应，再从化合价变化角度来分析，知答案为C。

2．下列说法不正确的是(

) A．任何化学反应都伴随着能量变化

B．化学反应中的能量变化都表现为热量变化

C．反应物的总能量高于生成物的总能量时，发生放热反应

D．反应物的总能量低于生成物的总能量时，发生吸热反应

答案

B 解析

任何化学反应都伴随着能量变化，但能量变化不一定表现为热量变化，还可能以光能等其他形式的能量放出；E(反应物)>E(生成物)，反应放热，E(反应物)

3．下列过程一定释放出能量的是(

) A．化合反应 B．分解反应 C．分子拆成原子 D．原子组成分子

答案

D 解析

形成化学键释放能量，原子结合成分子放出能量，化合、分解反应有可能是放热反应，也有可能是吸热反应。

4．已知氢气在氯气中燃烧时产生苍白色火焰。在反应过程中，破坏1 mol氢气中的化学键消耗的能量为Q1 kJ，破坏1 mol氯气中的化学键消耗的能量为Q2 kJ，形成1 mol氯化氢中的化学键释放的能量为Q3 kJ，下列关系式正确的是(

) A．Q1＋Q2>Q3 B．Q1＋Q2>2Q3 C．Q1＋Q2

答案

D 解析

根据能量守恒原理：破坏化学键吸收的能量－形成新化学键放出的能量＝反应热。对于该放热反应：ΔH<0，则Q1＋Q2－2Q3<0，故Q1＋Q2<2Q3。

5．CO(g)与H2O(g)反应过程的能量变化如图所示，有关两者反应的说法中正确的是(

)

A．该反应为吸热反应

B．CO(g)和H2O(g)所具有的总能量大于CO2(g)和H2(g)所具有的总能量

－C．反应的热化学方程式：CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH＝41 kJ•mol1

D．1 mol CO2(g)和1 mol H2(g)反应生成1 mol CO(g)和H2O(g)要放出41 kJ的热量

答案

B 解析

从图中数据可以看出：该反应的ΔH<0，为放热反应；CO(g)和H2O(g)所具有的总能量大于CO2(g)和H2(g)所具有的总能量，反应的热化学方程式为CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)－＋H2(g)

ΔH＝－41 kJ•mol1。

练方法技巧

6．下列说法正确的是(

) A．反应热就是反应中放出的能量

B．在101 kPa时，1 mol碳燃烧所放出的热量为碳的燃烧热

－C．由C(石墨)―→C(金刚石)

ΔH＝1.9 kJ•mol1可知，金刚石比石墨稳定

D．等量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧，前者放出的热量多

答案

D 解析

反应过程中所放出或吸收的热量都是反应热，因此A错；在101 kPa时，1 mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量叫做该物质的燃烧热，B选项未指明碳完全燃烧－生成二氧化碳，是错误的；由C(石墨)―→C(金刚石)

ΔH＝1.9 kJ•mol1可知，金刚石能量

高，不稳定；因为硫固体变为硫蒸气要吸热，所以等量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧，前者放出的热量多是正确的(相同条件下，同一物质在气态时具有的能量最多，液态时次之，固态时最少，反应放出的热量等于反应物所具有的能量减去生成物所具有的能量，因为生成物是一样的，所以等量的硫蒸气燃烧时放出的热量比硫固体放出的更多)。

7.已知H2(g)＋12O2(g)===H2O(g)反应过程中能量变化如图，问：a、b、c分别代表什么意义？该反应是放热反应还是吸热反应，ΔH大于零还是小于零？ 答案

a代表旧键断裂吸收的能量，b代表新键生成释放的能量，c代表反应热；该反应为放热反应，ΔH<0。

解析

H2(g)和12O2(g)与2H(g)和O(g)之间的能量差是H2(g)―→2H(g)和12O2(g)―→O(g)过程中断开H—H键和O===O键吸收的能量，故a代表旧键断裂吸收的能量，

b代表2H(g)＋O(g)结合成H2O(g)过程中化学键所放出的能量，c代表成键所释放的能量与断键吸收的能量之差；由图可知该反应中反应物总能量大于生成物总能量，故该反应为放热反应，ΔH<0。

练综合拓展

8．已知1 g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出热量121 kJ，且氧气中1 mol O===O键完全断裂时吸收热量496 kJ，水蒸气中1 mol H—O键形成时放出热量463 kJ，则氢气中1 mol H—H键断裂时吸收热量是________。

答案

436 kJ 解析

因为1 g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出热量121 kJ，所以1 mol H2与12 mol O2完全燃烧生成1 mol水蒸气时放出热量242 kJ。而化学反应中之所以存在能量的变化是因为在化学反应过程中存在旧键的断裂与新键的形成，其中旧键的断裂需要吸收能量而新键的形成－需要放出能量。发生上述反应H2(g)＋12O2(g)===H2O(g)

ΔH＝－242 kJ•mol1时所发生键的变化为断裂1 mol H—H键和12 mol O=O键、形成2 mol O—H键，因此在此反应过程中断裂旧键需要吸收的能量为12×496 kJ＋E(H—H)，形成新键释放的能量为2×463 kJ＝926 kJ，此反应为放热反应，所以有926 kJ－12×496 kJ－E(H—H)＝242 kJ，解得E(H—H)＝436 kJ。

9．下表中的数据是破坏1 mol物质中的化学键所消耗的能量(kJ)：

物质

Cl2

Br2

I2

HCl

HBr

HI

H2

能量(kJ)

243

193

151

432

366

298

436

根据上述数据回答(1)～(5)题。

(1)下列物质本身具有的能量最低的是(

) A．H2 B．Cl2 C．Br2 D．I2

(2)下列氢化物中，最稳定的是(

) A．HCl B．HBr C．HI (3)X2＋H2===2HX(X代表Cl、Br、I)的反应是吸热反应还是放热反应？答：____________________。

(4)相同条件下，X2(X代表Cl、Br、I)分别与氢气反应，当消耗等物质的量的氢气时，放出或吸收的热量最多的是__________。

(5)若无上表中的数据，你能正确回答出问题(4)吗？

答：________，你的根据是_______________________________________________ ________________________________________________________________________。

答案

(1)A

(2)A

(3)放热反应

(4)Cl2

(5)能

元素的非金属性越强，生成的氢化物越稳定，反应放出的能量就越多

解析

破坏1 mol物质的化学键时所消耗的能量与相同条件下由形成该物质的原子形成1

mol该物质放出的能量相等，放出的能量越多，物质本身具有的能量越低，分子越稳定。(1)生成1 mol H2时放出的能量最多，为436 kJ；(2)在氢化物中，生成1 mol HCl时放出的能量最多，为432 kJ；(3)分别计算出三个反应放出的热量依次为：185 kJ、103 kJ和9 kJ。